کوره های خورشیدی چگونه کار می کنند؟
قطعاً شما در دوران عمر خود، برای سرگرمی و تفریح ولو یک مرتبه هم شده، تکه کاغذی را بوسیله نگاه داشتن ذره بین مقابل خورشید مشتعل کرده اید. مکانیسم این کار بدین نحو است که ذره بین بواسطه جمع کردن مقداری از حرارت خورشید آن نقطه کاغذ را گرم می کند و بعد آن حرارت رو به شدت می گذارد تا به مرحله اشتعال می رسد. پس همین عمل نشان می دهد که با تمرکز اشعه خورشید می توان حرارت زیاد تولید نمود.
در زمان های باستانی، ارشمیدس یونانی، ناوگان رومیان را که شهر سیراکوژ را محاصره کرده بودند، از دور به آتش کشید و قسمت اعظم آنها را طعمه حریق نمود و این آتش سوزی را بوسیله یک آئینه مقعر (گود) چند ضلعی بزرگی که از آئینه های بسیار تشکیل شده بود، انجام داد.
این عمل نشان می دهد که قرن ها پیش بشر به خواص آئینه های مقعر و انواع مختلف آنها پی برده بود و از همان زمان فکر تولید انرژی خورشیدی لحظه ای او را ترک نمی کرد، ولی آغاز پژوهش های علمی بشر درباره این موضوع به دو سه قرن پیش می رسد که دانشمندان در قرن هفدهم و هیجدهم برای مقاصد تجربی به آئینه های گرم کننده توسل جستند، در اثر همین کاوش ها بود که لاووازیه (Lavoisier) و کاسینی (Cassini) موفق شدند که فلزات مختلف را تنها بوسیله اشعه خورشید ذوب کنند.
امروزه در عصر ما تولید آئینه های بزرگ به اشکال مختلف هندسی و قوسی شکل و محدب و مقعر، امکانات تازه ای در زمینه دفاع ضد هوایی و سایر نیازمندی ها به وجود آورده است.
برای اینکه یک دسته اشعه ای که بوسیله یک نورافکن پخش می شود، بطور متراکم به نقطه دوردستی برده شود، باید طوری باشد که این اشعه از لحظه نخست پراکنده نشود و از هم دور نگردد. لذا باید از همان ابتدا دسته اشعه با یکدیگر موازی باشد و با هم بتابند. این همان نکته ای است که در نورافکن های امروزی مراعات شده و در کانون آنها یک منبع نوری درخشان قرار داده شده است. حال اگر اشعه ای که بوسیله آئینه دریافت می شود کاملاً موازی باشد، در کانون آئینه متمرکز می شود.
در مورد خورشید نیز وضع بدین منوال است، یعنی وقتی آئینه ای در سر راه تابش اشعه خورشید قرار بگیرد، خورشید به صورت کوچکی درآمده در آن نقش می بندد، و بی نهایت داغ است (چون بیشتر حرارت خورشید در آن نقطه متمرکز می شود).
از روی همین قانون بود که پروفسور فیلکس ترومب (Félix Trombe)، دو کوره خورشیدی غول پیکر را که بزرگترین کوره های خورشیدی دنیا محسوب می شوند، به وجود آورد، یعنی در کشور فرانسه در منطقه پیرنه شرقی یکی را در مون لوئی و دیگری را در اودیلو، ساخت که غلظت و ضخامت آنها بخصوص کوره دومی هر بیننده را به اعجاب وا می دارد.
هر دو آنها جهت یاب دارند و با سیستم آئینه های متحرک که بطور مداوم و خودکار خورشید را در مسیرش دنبال می کنند، عمل می نمایند. بدین نحو که اشعه آن را روی یک رفلکتور (منعکس کننده) قوسی شکل که آن آئینه ثابت است می فرستد. این آئینه اشعه ای را که از خورشید می گیرد، در کانون خود که یک کوره خورشیدی در آنجا است متمرکز می سازد. دستگاه اودیلو و تاسیسات آن، بسیار عظیم و غول پیکر است و جهت یاب آن دارای سطح وسیعی به مساحت 4835 مترمربع می باشد.
برای اینکه بتوان دستگاه را به صورت یک گیرنده نور درآورد، باید 63 آئینه که هر کدام دارای 45 متر مربع مساحت باشد، نزدیک هم چسبیده شود. به عبارت روشن تر آئینه اصلی از 63 قطعه آئینه تشکیل شده که با محاسبات بسیار دقیق در کنار هم جای گرفته اند. این 63 قطعه که در حقیقت آئینه واحدی را تشکیل می دهند، روی 8 تراس پله ای شکل قرار گرفته و یک ساختمان 8 طبقه ای را تشکیل داده است.
آئینه مقعری که روبروی آن است، از 9000 شیشه که به طرز خوبی خم شده اند، ساخته شده است. خود کوره در ساختمان دیگری قرار دارد و بزرگترین مزیت کوره های خورشیدی این است که حرارت خالص یعنی بدون آلودگی شیمیایی تهیه می کند و این امر در تحقیقات گوناگون آزمایشگاهی و همچنین در صنایع منافع بیشماری در بردارد.
در روسیه برای مهار کردن نیروی حرارتی خورشید، علاوه بر کوره های خورشیدی از لحاظ تئوری سه امکان دیگر هم وجود دارد، یعنی از سه راه دیگر نیز می توان نیروی خورشید را مهار کرد و استفاده نمود.
- مهندسان روسی که در مناطق بی آب و علف صحراهای روسیه، مولدهای کوچکی از برق ساخته اند که با بخار آب کار می کند و این ژنراتورها را عملاً مورد استفاده قرار می دهند، سوخت آنها حرارت خورشید است. بدین طریق که با حرارت خورشید، آب را جوش آورده و با بخار آبی که بدین طریق تولید شده، مولدهای برقی را بکار می اندازند و از آنها برق می گیرند. روس ها پیش بینی کرده اند که مولدهای بزرگتری بسازند. ولی در حال حاضر چنین تصمیمی ندارند، چون از حیث اقتصادی مقرون به صرفه نیست و مخارجش از مولدهایی که با نفت سیاه یا سایر سوخت ها کار می کنند، گرانتر می باشد. به دلیل آنکه هر مولدی با هر نوع سوخت کار کند، خواه و ناخواه مقداری نیرو تلف می کند و تقریباً معادل 48 درصد انرژی اولیه را به مصرف کار کردن خودش می رسد، به هدر می دهد، ثانیاً یک سانترال خورشیدی (مرکز تولید برق که سوخت آن اشعه خورشیدی باشد) در هر 24 ساعت فقط 8 یا 9 ساعت، یعنی ساعت هایی که خورشید در آسمان است کار می کند و اما پُر کردن جریان برق به هنگام روز برای اینکه شب دوباره نیرو را برگرداند، مستلزم وجود پیل های غول آسا است که با توجه به قیمت آنها و سایر مخارج دستگاه به هیچ وجه مقرون به صرفه نخواهد بود. در نتیجه چند برابر گرانتر از عادی تمام خواهد شد.
- چنانچه اشعه خورشید را روی یک صفحه فلزی که با یک فلز دیگر لحیم شده باشد، متمرکز کنیم در نقطه اتصال دو فلز مشاهده خواهیم کرد که جریان برق ایجاد می شود. بسیاری از آزمایشگاه ها در این مورد مشغول مطالعه هستند و در اثر تحقیقات معلوم شده است که بازده آن بسیار ضعیف است و در حال حاضر از 15 درصد تجاوز نمی کند.
- بعضی از دستگاه های مخصوص، مجهز به صفحه های بزرگی هستند که از میلیون سلول فتوالکترونیک تشکیل شده اند و قسمتی از برق لازم را برای بکار انداختن دستگاه های مربوط تهیه می کنند، اما این تکنیک بسیار گران تمام می شود و در حال حاضر مقرون به صرفه نیست.
منابع
مقاله علمی و آموزشی «کوره های خورشیدی چگونه کار می کنند؟»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری، ترجمه و نگارش هیئت تحریریه علمی پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا کتاب اطلاعات عمومی گنجینه های دانش، نوشته ی دکتر زین العابدین کاظمی و دکتر سیدمحمود اختریان و… از نشر محمد، منتشر شده در تیر ۱۳۸۸ با شابک ۹۷۸-۹۶۴-۳۳۶-۱۳۲-۷ به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.
